第一章

1.过程控制系统的组成

调节器、调节阀、被控过程、检测变送

2.过程控制系统的分类

1）按系统的结构特点分类

反馈控制系统(闭环)、前馈控制系统(开环)、前馈—反馈控制系统

2)按给定值信号的特点分类

定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统

系统是衰减震荡的过程.

衰减比和衰减率(动态质量指标)、余差(静态)、最大偏差和超调量(偏离给定值的程度)，峰值时间Tp(系统灵敏度)，过渡时间（过渡过程快慢）

振荡频率一样，衰减比n越大，调节时间相对较短；衰减比n相同，振荡频率越高，振荡周期（调节时间）就越短

第二章

被控过程的数学模型-----指被控过程在各输入量（包括控制量和扰动量）作用下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。

1.解析法：根据过程的内在机理，通过静态与动态物料平衡关系，用数学推理建立数学模型的方法。

解析法建模：通过静态与动态物料平衡关系，用数学推导法建立过程的数学模型。

无自衡过程-----指过程在扰动作用下，其平衡状态被破坏后不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身不能重新恢复平衡的过程。

2.实验辨识法：根据过程输入、输出的实验测试数据，通过过程辨识和参数估计建立过程的数学模型。

3.混合法

测定阶跃响应曲线的原理：在过程的输入量作阶跃变化时测定其输出量随时间而变化的曲线。

用阶跃响应曲线的原因：a能形象直观和完全描述被控过程的动态特性b容易添加信号

a.阶跃响应法，试验时需要注意的问题

1)试验测定前，被控过程应处于相对稳定的工作状态

2)输入阶跃信号的幅值不能过大，也不能过小

3)分别输入正负阶跃信号，并测取其响应曲线作对比

4)在相同的条件下重复测试几次

b.矩形响应法

第三章

1.在过程控制系统中，变送器常和传感器组合使用，共同完成对温度、压力、物位、流量、成分等被控参数的检测并转换为统一标准的输出信号。

变送器的类型和特点

差压变送器、温度变送器、流量变送器、液位变送器

温度变送器的分类是直流毫伏变送器、热电隅温度变送器（热电效应、高温）、热电阻温（中低温度）

温度变送器的特点：

（1）采用低漂移，高增益的运算放大器作为主要放大器，具有线路简单和良好的可靠性，稳定性及各项技术性能。

（2）在配热电隅和热电阻的变送器中采用线性化电路，使其输出电流I与被测温度呈线性关系，测量精度高

（3）线路中采用了安全火花防暴技术措施，可用于易燃易爆场合

（4）采用DC24V集中供电，实现了二线制接线方式

液位变送器

迁移的原因：差压变送器安装位置与容器液相取压点不在同一个水平面上。

对于腐蚀性介质或可凝结的蒸汽的液位测量在正负压室与去压点之间加装隔离罐。

2.仪表的选择

1)量程的选择 2）仪表等级的选择

3.仪表的应用

1）零点的调整：将变压器的测量起始点由零点迁移到某一点正值或负值

2)量程的调整的目的：使变压器输出的信号的上限值Ymax与输入测量信号上限值Ymax相对应。

意义：工程应用中变送器进行零点迁移与量程调整可以提高其灵敏度。

选用的主要依据：

必须满足工艺生产过程的要求，包括量程与精度。

必须考虑被测介质的性质，如温度高低、工作压力大小、粘度、易燃易爆程度等。

必须注意仪表安装使用的现场环境条化，如环境温度、电磁场、振动等。

第四章

1.用于连续系统的PID控制规律必须进行离散化后方可应用与数字调节器.

2.调节器的分类

1）按使用的能源：气动调节器和电动调节器

2）按结构形式来分：基地式调节器、单元组合调节器、组装式调节器

3）按信号类型：模拟调节器和数字式调节器

3. PID调节器参数对系统的影响

1）     比例度是反映比例控制作用强弱的一个参数。比例度越大，表示比例控制作用越弱，过渡过程曲线越平坦，但余差也越大。反之相反。

2）     积分时间是表示积分控制作用强弱的参数。积分时间越大，积分速度越慢，积分作用不明显，余差消除得慢。反之相反

3）     微分时间是表示微分作用强弱的参数。微分时间增加，会克服对象的滞后，改善系统的控制质量，从而提高系统稳定性。但微分时间太大，会引起系统过渡过程的强烈振荡，反而使调节质量变差。

4.积分饱和现象的消除的方法：限幅法和积分切除法

第五章

1.执行器的组成和分类

执行器=执行机构+调节机构（调节阀）

1）执行机构：将来自调节器的信号转变成推力或位移，对调节机构产生推动作用。

2）调节器：根据执行机构的推力或位移，改变调节阀阀芯与阀座间的流通面积，以达到最终调节被控介质的目的。

分类：

按照能源可分为电动执行器\气动执行器\液动执行器

气动执行器：薄膜式、活塞式。电动执行器：单相电机

液动执行器：最大特点推力大

2. 调节阀选择的时候，应考虑以下方面

1）     调节阀的尺寸

2）     气开、气关的选择（生产工艺安全）小（大）口径调节阀通过改变执行机构（阀体）的正反作用（装）来实现气开和气关

3）     在静压低压差和小口径的场合应选择单座阀;反之由于产生的不平衡力大应选择双座阀.(高压差选直通双座阀,高压时选高压阀,要求低泄露选直通单座阀,腐蚀性介质选隔膜阀,高温介质选带有散热片的高温阀)

4）     四种流量特性: ①直线流量特性② 对数（等百分比）流量特性③ 抛物线流量特性④快开流量特性

5）     调节阀理想可调范围（一般设计为30）

6）       电动调节器和气动调节器必须由电-气转换器或阀门定位器进行信号的转换

7）       调节阀上阀盖的不同结构形式可分为普通型\散热片型\长颈型\波纹管型

第七章

1.A安全栅按结构原理分 :电阻式安全栅、齐纳式安全栅、中继放大器式安全栅、光电隔离式安全栅、变压器隔离式安全栅B按作用方式的不同可分（1）输入式（检测端）安全栅（2）输出式（操作端）安全栅

齐纳式安全栅优点：采用的器件少体积小价格便宜；二极管过载能力低且难以解决熔断时间和可靠性之间的矛盾。

变压器隔离式安全栅：由于信号完全浮空，大大增强信号抗干扰能力，提高了控制系统正常运行的可靠性。

变压器隔离式安全栅

2.安全栅的作用及措施

作用：对安全场所的高能量进行限制和隔离，使其不致窜到危险场所。

措施：保证安全场所的不安全火花到不了危险场所。

3. 判断依据：a危险场所不产生非安全火花b安全场所的仪表产生的非安全火花不能流入危险场所。

第八章

1. 所谓单回路控制系统，通常是指一个测量变送器

一个控制器一个执行器一个被控对象所构成的闭环系统，也称为简单控制系统。

2.过程控制系统设计的一般要求

1）过程控制系统是稳定的，且具有适当的稳定裕量。

2）系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过程时间要短余差要小。

3.被控参数选择方法 一：选择能直接反映生产过程中产品产量和质量又易于测量的参数作为被控变量，称为直接参数法。二：选择那些能间接反映产品产量和质量又与直接参数有单值对应关系、易于测量的参数作为被控变量，称为间接参数法

正确选择控制参数=正确选择控制通道

4.执行器的选择：当工艺允许有静差、过程容量大，有时延应选择PD（比例微分）调节；当过程容量小负荷变化大，工艺要求无余差、时延小时用比例积分控制器

4.单回路系统控制过程的品质决定于调节器各个参数值的设置；调节器参数的整定三类：理论计算整定法、工程整定法、计算机仿真寻优整定法。

3.串级控制系统-----两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。

4. 串级控制系统的特点：改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量、能迅速克服进入副回路的二次扰动

提高了系统的工作频率、串级调节系统的副回路对非线形环节的补偿具有鲁棒性, 能适应负荷和操作条件的变化, 具有一定的自适应能力

4.前馈控制系统的特点：前馈控制的特点：1）前馈控制是一种开环控制；2）前馈控制是一种按扰动大小进行的控制；3）前馈控制的控制规律是由过程特性和扰动通道的特性决定的；4）前馈控制只能抑制可测的而不可控的扰动对被控参数的影响。

例：如图所示的氨冷器，用液氨冷却铜液，要求出口铜液温度恒定。为保证氨冷器内有一定的汽化空间，避免液氨带入冰机造成事故，采用温度――液位串级控制。

1）此串级控制系统的主副被控变量各是什么？

2） 试设计一温度—－液位串级控制系统完成该控制方案（即将图示的氨冷器控制系统示意

3）确定气动调节阀的气开气关形式，并说明原因；

4）确定主副调节器的正反作用。

答1）主被控变量为铜液出口温度，副被控变量为液位。

2）串级控制系统的示意图如下所示：

 

3）当气源中断时，为了确保氨冷器内有一定的汽化空间，应该选择气开调节阀；

4）液位控制器作用方向的确定：

   当液位升高时，应该关小调节阀，调节阀为气开阀，故液位控制器为反作用；
   温度控制器作用方向的确定：

   温度对象为“－”作用方向，依据使系统称为负反馈的原则，温度控制器应该为正作用。

测量某高温液体的液位如图所示：请问是否出现零点迁移？若出现零点迁移，说明是正迁移还是负迁移？迁移后的测量范围是多少？(Hm=3m，h1=1m，h2=5m，ρ=0.9kg/m3)。

解： ΔP=p1-p2=ρgH+ρg(h1-h2) =0.9*10*H+0.9*10*(1-5)=9H-36

 H=0时   ΔP =-36    (Kpa) H=Hm=3m时  ΔP =9*3-36=-9  (Kpa)

答：出现负迁移，迁移后的测量范围是：-36～-9 KPa

 

第二篇：过程控制考试提纲复习总结

第一章

1.过程控制是指工业生产过程中连续的或按一定周期程序运行的生产过程自动化。

2.所谓过程，就是采用化学和物理方法将原料加工成产品的过程，她涉及到（过程操作）和（设备运行）两个方面。根据过程特性，可以将其划分为（连续）、（间歇）两种形式。

3.过程变量可以划分为三类：（1）被控量：被控制的过程变量，被控制量的期望值称为设定值。（2）操作量：用来保持被控量等于或接近设定值的过程变量。（3）干扰量：能够影响被控量的过程变量。

4.过程控制的性能要求：稳定性、快速性、准确性是一个控制系统性能好坏的集中反映。

5.时域控制性能指标主要包括：衰减比、最大动态偏差与超调量、余差、振荡频率和调节时间、偏离度等。

（1）衰减比：相邻同方向两个波峰的幅值之比（控制系统的稳定性指标，用来衡量一个振荡过程的衰减程度）

建议随动控制系统的衰减比为10:1，定制控制系统的衰减比为4:1.（n=y1/y2>1 系统稳定；<1，系统不稳定；=1，系统临界稳定

（2）最大动态偏差与超调量：系统瞬时偏离给定值的最大程度（最大动态偏差）

（3）余差：（静差）衡量控制系统稳态准确性。

余差：是指过渡过程结束后，被控量稳态值与设定值r之间的最终稳态偏差e（无穷）

（4）振荡频率和调节时间

（5）偏离度

6.过程控制系统框图：

7.按过程控制系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3)前馈—反馈复合控制系统

按设定值信号的特点分类：（1）定制控制系统（2）随动控制系统（3）顺序控制系统

第二章

1.自衡特性过程：原平衡状态出现干扰时，无需外加任何控制作用，被控过程能够自发地趋于新的平衡状态的过程。

2.无自衡特性过程：原平衡状态出现干扰时，没有外加任何控制作用，被控过程就不能重新达到新的平衡状态的过程。

3.建立数学模型的目的：设计过程控制系统，整定控制器参数；指导生产工艺及其设备的设计；被控过程及新型控制策略的仿真分析和研究；工业过程的故障检测与诊断系统设计。

4.教学模型的基本要求是简单、能正确可靠地反映过程输入和输出的动态关系。

5.建立过程数学模型的基本方法只要有三种：解析法、实验辨识法和混合法。

（1）解析法：也称为机理演绎法或白箱法。它是根据被控过程的内在机理，运用已知的静态和动态平衡关系，用数学推理的方法建立数学模型。

（2）实验辨识法：也称为系统辨识法与参数估计法或黑箱法。它根据被控过程输入，输出的实验测试数据，通过过程辨识法和参数估计建立过程的数学模型，确定模型结构和参数。

（3）混合法：也称灰箱法。它是将机理演绎法和实验辨识法相结合来建立过程的数学模型。

6.解析法建模的一般步骤：（1）明确过程的输入变量、输出变量和中间变量（2）根据建模对象和模型使用目的做出合理假设（3）根据过程的内在机理，建立静态和动态平衡关系方程（4）消去中间变量，求取过程的数学模型（5）模型简化

7.所谓单容过程，是指只有一个贮蓄容量的过程，如具有一个贮罐的液位系统，具有一个电容或电感的电路系统。 容量系数C——被控过程的容量系数，或称为过程容量。

8.多容过程：由多个容积组成的被控过程。

9.

第三章

1..过程参数检测仪表通常由敏感元件和变送单元构成。敏感元件直接感受被测参数变化，并将其转换为相应的物理量提供给变送单元，经变送单元转化为标准信号输出。

2.DDZ-III型电动组合仪表采用的DC4~20mA和DC 1~5V标准。 标准气动信号（如QDZ型气动组合仪表采用的0.02~0.1MPa标准。

3.检测仪表的工作特性是指能满足被测参数测量和系统运行需要而应具有的仪表输入/输出特性。主要通过量程与零点的调整与迁移来实现。

4.检测仪表的输入量是被测参数，输出是变送器的标准化输出信号，仪表工作特性反映了该输出与输入之间的关系。

5.精度等级为0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。

注：给表判断精度等级，就高不就低；给精度等级选表，就低不就高。

6.温度检测方法很多，按照测温元件是否与被测介质接触，可分为（接触式测温）和（非接触式测温）两大类。

7.热电偶、热电阻、半导体热敏电阻————书P50--P53

8.在工程上，（压力）是指均匀垂直作用于单位面积上的力。

（1）绝对压力：值相对于绝对真空所测得的压力。环境大气气压(Patm)就是绝对压力。

（2）表压（Pg）：指高于大气压力的绝对压力与大气压力之差。

（3）真空度（Pv）：当测点绝对压力低于大气压力时，大气压力与绝对压力之差。

（4）差压(P）：指任意两个测点之间的绝对压力之差。

9.流量是指单位时间内流过工艺管道的流体数量，把单位时间内流过工艺管道某截面的流体数量，称为瞬时流量q；而把某段时间内流过工艺管道某截面的流体总量，称为累计流量Q。

10.流量检测的主要方法：（1）体积流量检测法（2）质量流量检测法

11.物位就是指物料的高度，通常包括：液位，即容器中液体的液位高度；料位，即容器中固体或颗粒介质的堆积高度；界位，即液体与液体，液体与固体之间分界面的高度

第四章

1.执行器由执行机构和调节机构（调节阀）两部分组成。

2.根据使用能源不同，执行器可以分为气动、电动、液 动三类。

根据输出位移形式不同，执行器可以分为转角型和直线型两种。

根据动作规律不同，执行器可以分为开关型、积分型和比例型三类。

3.气动执行器的气开、气关形式（掌握 2~3分 ，大题中也会有一问问到）

气开：信号压力增加，阀门开度大；信号压力减小，阀门开度小；无信号压力，阀门全关。

气关：信号压力增加。阀门开度小；信号压力减小，阀门开度大；无信号压力，阀门全开。

结论：没有气源时，气开是全关的；气关是全开的。保证无气源时，系统安全。

4.调节阀的流量特性是指被控介质流过阀门的（相对流量）与阀门的（相对开度）/（相对位移）之间的关系。

5.调节阀的理想流量特性主要有：直线、等百分比（对数）、抛物线和快开四种形式。

6.阀门定位器的作用：使调节阀准确定位。

第五章

1..只有当具有潜在爆炸危险的环境中，同时具有点燃源、爆炸性物质、空气时才可能产生爆炸。

2.（电火光）和（热效应）是引起爆炸性危险气体爆炸的主要点燃源。

3.安全栅安装在安全场所。它是安全场所仪表和危险场所仪表的关联设备。一方面传输信号，另一方面控制流入危险场所的（能量）在爆炸气体或混合物的点火能量以下，以确保系统的本安防爆性能。（将安全场所与危险场所隔开）

4.系统是否属于安全火花型防爆系统的充分必要条件是：危险场所的仪表必须设计成安全火花型；安全场所的仪表之间必须有安全栅。从而限制送往危险场所的电压、电流，保证进入危险场所的电功率在安全范围内。

第六章

1.PID控制参数整定就是根据被控过程特性和系统要求，确定PID控制器中的比例带，积分时间常数TI和微分时间常数TD，使系统的过度过程达到满意的控制品质。

2.控制器参数整定的方法可以分为三类;(1)理论计算整定值（2）工程整定法，常用的有临界比例度法、反应曲线法和衰减曲线法（3）自整定法

第七章

1(1)串级控制系统：它由两个或两个以上的控制器串联组成，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值。

（2）前馈控制系统：前馈控制又称干扰补偿控制，它与反馈控制不同，是按照引起被控变量的变化的干扰大小进行控制的。

（3）大滞后过程控制系统：通常用?/T的比值来衡量被控过程纯滞后的大小，若?/T<0.3，称为一般滞后过程，若?/T>0.3，则称为大滞后过程。

（4）比值控制系统：就是一种物料随另一物料按一定比例变化的控制系统。

比值控制系统就是要实现从动量和主动量按一定的比例关系变化，即满足q1/q2=k

（k为从动量与主动量的比值）

（5）选择性控制系统：选择性控制系统是把工艺生产过程的限制条件所构成的逻辑关系叠加到正常自动控制系统的一种控制方法。当生产操作趋向极限条件时，通过选择器，选择一个用于不正常工况下的备用控制系统自动取代正常工况下的控制系统；待工况脱离极限条件回到正常工况后，备用控制系统又通过选择器自动脱离，进入备用状态，同时将正常工况下的控制系统自动投入运行。

（6）分程控制系统：分程控制将控制器的输出信号分段，去控制两个或两个以上的调节阀，以使每个调节阀在控制器输出的某段信号范围内全行程工作。

2.（书P149页图）

方案一（左图）：原料油出口温度与燃料油的阀后压力串级控制，它只适用于燃料油压力是主要干扰的场合。

方案二（右图）：原料油出口温度与炉膛温度串级控制，它适用于燃料油压力比较稳定，而粘度、成分、处理量和热值经常波动的场合。

3.主控制器应选用PI和PID控制规律，副控制器只需要选择P控制规律。

4.前馈控制系统的特点：

（1）前馈控制系统属于开环控制，所以只需系统中各环节是稳定的，控制系统必然稳定。

（2）前馈控制是“基于干扰来消除对被控量的影响。”

（3）前馈控制器的控制规律与常规PID控制器不同，它取决于过程特性。

（4）前馈控制只需抑制可测不可控的干扰对被控变量的影响，不能克服系统中的其他干扰，而反馈控制对包含在其回路中的多种干扰都具有抑制作用。

5.前馈控制的局限性：

（1）它只能克服可测不可控的干扰，对不可测干扰无法实现前馈控制。

（2）前馈控制器的调节规律取决于过程的干扰通道特性GF（S)和控制通道特性G0(S),而准确掌握GF（S)和G0（S)是很困难的。

6.比例控制的常见类型：（1）开环比值控制系统（2）单闭环比值控制系统

（画图） （3）双闭环比值控制系统（4）变比控制系统

7.比值控制器的比值系数K’=K^2*（q1max）^2/（q2max）^2

8.事故状态的保护措施大致分成两类：硬保护和软保护。

9.选择性控制系统的常见类型：

（1）选择器位于控制器的输出端，对控制输出信号进行选择的系统

（2）选择器位于控制器之前，对变送器输出信号进行选择的系统。（目的在于：选出最高或者最低的测量值或最可靠的测量值）

10.选择器有（高值选择器）和（低值选择器）两种。

前者选择高值信号通过，或者选择低值信号通过。如果取代控制器的输出信号为高值，则选用高值选择器；如果取代控制器输出信号为低值，则选用低值选择器。

11.分成控制系统根据调节阀的气开、气关形式和分成信号区段不同，可交易划分为（调节阀同乡动作）和（调节阀异相动作）两类。

12.分程控制系统能扩大调节阀的可调范围，提高控制质量，还能解决生产过程中的一些特殊问题，所以得到了广泛应用。

第九章

1.计算机过程控制系统是计算机技术与工业生产过程相结合的产物，是生产过程自动化的基本内容。

2.计算机过程控制系统的体系结构发展经历了三个阶段：集中控制系统（CCS）、集散控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS)

3.集散控制系统的核心思想是“信息集中，控制分散”。

4.集散控制系统是一种利用控制技术，通信技术，计算机技术和CRT技术对生产过程进行集中监视，操作，管理和分散控制过程计算机系统，它一般由（集中管理与管理系统）、（分散控制）、和（通信系统）三部分组成。

5.现场总线是在过程自动化和制造自动化，实现智能化现场设备与高层设备之间互连、全数字、串行、双向传输、多分支结构的通信系统，它广泛用于制造业、流程工业、交通、楼宇等自动化系统中。

第十章

1.过程控制系统设计的系统要求一般可归纳为三个方面：安全性、稳定性和经济性。

（1)安全性是过程控制系统的最基本要求（2）稳定性是系统能控的前提（3）经济性是指在提高产品质量、产量的同时，要降耗节能，提高经济效益与社会效益。

这些要求往往是互相矛盾的，应根据实际情况，分清主次，确保满足最重要的质量和控制要求。

2.得到被控变量选择的一般原则为：

（1）尽量选用对产品的产量和质量，安全稳定生产，经济运行等具有决定性作用，并且可以直接检测的工艺参数作为被控变量(直接变量）。

（2）当直接变量难以获得，或检测滞后较大时，应选取与直接变量具有单值函数关系的直接变量作为被控变量。

（3）当直接变量不可测时，往往可以采用推断控制获取实际取值。

3.执行器的选择：

（1）气动执行器的气开、气关的形式选择

气动执行器的气开、气关的形式选择遵循以下原则：控制器输出信号为零或气源中断时使生产过程处于安全状态；在系统安全运行条件下，综合考虑节能、控制便捷等因素。

（2）调节阀尺寸的选择

调节阀尺寸主要包括调节阀的开度和口径大小。如果调节阀的口径选择过小，当系统受到较大扰动时，为快速抑制干扰作用，调节阀会运行在全开状态，从而导致系统暂时失控；如果调节阀的口径选择过大，会使调节阀长期运行在小开度状态，流体会对阀芯和阀座频繁冲蚀，容易导致调节阀失灵。因此，在正常运行条件下，一般要求调节阀的开度为15%-85%

4.气动执行器的气开、气关形式选择、调节阀尺寸大小的选择，控制器正/反作用方式的选择（理由、依据） 当某个环节的输入增加时，其输出也增加，称该环节为“正作用”；反之，成为“反作用”。

变送器都是正作用，气开阀是正作用，气关阀是反作用。被控作用有的正作用，有的反作用。

控制器作用方向以测量输入和输出的关系定义。

正作用：测量值-给定值， 反作用：给定值-测量值

调节器正反作用的确定原则：保证系统构成负反馈。

简单的判定方法：闭合回路中有奇数个反作用环节。